第6章 定时器/计 数器 在测控系统中，常常需要有实时时钟和计 数器，以实现定时控制以及对外界事件进行计 数。MCS-51内部的两个16位定时器/计数器就 具有这两种功能。本章将介绍他们的结构、原 理、工作方式及使用方法。 n5.1 定时器/计数器结构n5.2 定时器/计数器的四种工作方式n5.3 定时器/计数器对输入信号的要求n5.4 定时器/计数器编程和应用5.1 定时/计数器结构n5.1.1 定时/计数器的结构与原理重点：定时的实质，定时与计数的关 系n5.1.2 定时/计数器方式寄存器TMODn5.1.3 定时/计数器控制寄存器TCONn5.1.4 定时/计数器的初始化返回本章首 页5.1.1 定时/计数器结构与原 理定时器/计数器简称定时器，8051单片机 内部有2个16位的可编程定时/计数器：定时器 0（T0）和定时器1（T1）。可编程是指其功 能（如工作方式、定时时间、启动方式等）可 以由指令来确定和改变。在定时器/计数器中除了有两个16位的计 数器之外，还有2个特殊功能寄存器（控制寄 存器TCON和方式寄存器TMOD）。1.定时器/计数器的结构这些寄存器之间是通 过内部总线和控制逻 辑电路连接起来的。.从结构图可以看出:16位的定时器/计数器分别由两个专用寄 存器组成，即T0由TH0和TL0构成；T1由 TH1和TL1构成。这些寄存器由于存放定 时和计数初值。此外，内部还有一个8位 的TMOD和一个8位的TCON。TMOD 主 要用于选定定时器的工作方式；TCON主 要用于控制定时器的启动与停止。2.定时器/计数器的原理16位的定时器/计数器的实质上是 一个加1的计数器,其控制电路受软件 控制、切换。计数的次数和时间之间是相关的。只要计数脉冲的 间隔相等，计数 值就代表时间的 流逝当定时器/计数器为定时工作方式时，加1 信号由振荡器的12分频产生，即每过一个机器 周期，计数值增1，直至计满溢出为止。显然 ，定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。 由于一个机器周期等于12个振荡周期，所以 计数频率 fcount=1/12fosc例：晶振为12MHZ ，则计数周期为T=1/(12*106)Hz*1/12=1微秒 最短的定时周期当定时器/计数器为计数工作方式时， 通过引脚T0和T1对外部信号计数，外部脉 冲的下降沿触发计数采样过程：当输入脉冲信号从1到0的负跳变时，计数 器就自动加1。 由于检测一个由1到0的跳变需 要两个机器周期，所以 计数的最高频率为振荡 频率的1/24。为了确保给定电平在变化前至少 被采样一次，外部计数脉冲的高低电平均需保 持一个机器周期以上。（占空比没有限制）在每个机器周期的S5P2期间采样引脚。结论：单片机中的定时器和计数器是一个东 西，只不过计数器用来记录外界发生的事 情，而定时器则是由单片机提供的一个非 常稳定的计数源。综上所述，我们已知定时器/计数器是一种 可编程部件，所以在其开始工作之前，CPU必须将一些命令（控制字）写入定时器/计数器。 这个过程称为定时器/计数器的初始化。当CPU用软件给定时器设置了某种工作方式之后，定时器就会按设定的工作方式独立运 行，不再占用CPU的操作时间，除非定时器计 数溢出，才可能中断CPU当前操作。返回本 节5.1.2 定时器/计数器方式寄 存器TMOD(89H)GATEC/T M10MGATE C/T1M0M控 制 T 1控 制 T 089H和T 类同01M0M00011011方 式方式0 13位方式1 16位方式2 自动重装 方式3 适用T001定时器模式 计数器模式01与INT 无关00与INT 有关 图5-2 定时器工作模式寄存器TMODM1M0：方式选择位C/T : 功能选择位GATE: 门控位返回本 节GATE=1时，若TR1=1，并且 INT1=1,允许T0计数若TR1=0，或INT1=0,都禁止 T0计数 GATE=0,若TR1=1,允许计数 ；若TR1=0，禁止计数 返回由于在不同方式下计数器位数不同 ，因而最大计数值（量程）也不同。方式0：M=213=8192方式1：M=216=65536方式2：M=28=256方式3：定时器分成两个8位计数器，两 个M均256返回TR1(0):运行控制位5.1.3 定时器/计数器控制寄 存器TCON（88H）图5-3 定时器工作模式寄存器TCON TF1(0): 溢出标志返回本 节5.1.4 定时器/计数器的初始 化初始化的步骤如下： n确定工作方式-对TMOD赋值 n置定时或计数的初值-可直接写入 TH0(1),TL0(1) n根据需要开放定时器/计数器的中断 n启动定时器/计数器。当实现了启动要求之后，定时器就按规 定的工作方式和初值开始计数或定时。因为定时器/计数器是作“加1”计数，并在计 满溢出时产生中断，初值X可以这样计算：X = M - 计数值(计数次数）例：在6MHZ主频下，要求产生1ms的定时,计算初 值 分析： 因为定时器每“加1”一次所需的时间为2s,如果 要产生1ms的定时，需加500次，500即为计数值。方式1下工作，初值 X =M-计数值=65536- 500=FE0CH返回本章首 页5.2 定时器/计数器的4种工 作方式由上节可知，通过对TMOD中的M1、 M0的设置,可以选择四种工作方式。也就 是每个定时器可构成4种电路结构模式。在模式0、1和2，T0和T1的工作方 式相同，在模式3，两个定时器的方式不 同。下面以T1为例，分述各种工作方式 的特点和用法。1方式016位寄存器中只用 13位，其中TL1的高 三位未用。2方式116位寄存器全用3方式2这种工作方式可省去用户软件中重装常数的程序 ，并可产生相当精度的定时时间。4 方式 3该方式只适用于定时器T0，T0 被拆成两个独立的8位计数器 TH0和TL0。1.方式3下的T02.T0工作在方式3下T1的各种 工作方式nT0工作在方式3时,T1可定为方式0、方 式1和方式2,用来作为串行口的波特率发 生器,或不需要中断的场合.T1工作方式0nT1工作方式 1(T0工作在方式3时T1为方式1的工作示意图)nT1工作方式 2(T0工作在方式3时T1为方式2的工作示意图)nT1工作方式3T1的控制字M1M0=11时,T1停止计数注意:在T0为方式3时,T1运行的控制 条件只有2个,即C/T和M1,M0.返回本章首 页5.3 定时器/计数器对输入信 号的要求n(1)当T0或T1被选定为定时工作模式时, 定时器 /计数器的输入脉冲的周期与机器周期一样,为 时钟振荡频率的1/12.若 f振荡=12MHz,则计数速 率为1MHzn(2)当T0或T1用作计数器时,计数脉冲来自相应 的外部输入引脚.一次负跳变要花2个机器周期, 即24个振荡周期,因此外部输入的计数脉冲的 最高频率为系统振荡频率的1/24.如:f振荡 =12MHz,则可输入500KHz.n注:外部输入信号脉冲宽度至少保持1个机器周 期.返回本章首 页6.4 定时/计数器及中断系统 综合应用【例6.1】设MCS-51单片机系统时钟 频率CLK为6MHZ，要在P1.0引脚上 输出1个周期为1毫秒的方波，占空 比为50%的方波信号.如下图:P1. 0 1ms1msT=2ms6.4 定时/计数器及中断系统 综合应用【例6.1】设MCS-51单片机系统时钟 频率CLK为6MHZ，要在P1.0引脚上 输出1个周期为1毫秒的方波，占空 比为50%的方波信号.如下图:P1. 0 1ms1msT=2msn解:(1)计算初值:n机器周期=2s=2*10-6sn(216-X)210-6=110-3,即(216- X)=500,X=65036nX=FEOCH=1111111000001100Bn则TH0=0FEH,TL0=0CHn(2)初始化程序:n对定时器初始化和中断初始化n即对IP,IE,TCON,TMOD的相应位设置,并 将计数初值装入定时器.如:nTMOD=01H,定时方式1nIP=00H,IE=92H,TCON=10H即 ET0=1,EA=1, TR0=1方法一：中断方式：n ORG 0000Hn RESET : AJMP MAINn ORG 000BHn AJMP IT0Pn ORG 0100Hn MAIN : MOV SP , #60Hn MOVTMOD,#01HnACALL PT0M0nHERE : AJMP HEREnPTOM0 : MOV TL0 , #0CHn MOV TH0 , #0FEHn SETB TR0n SETB ET0n SETB EAn RETnITOP : MOV TL0 , #0CHn MOV TH0 , #0FEHn CPL P1.0n RETI 方法二：软件查询n ORG0000Hn MOV TMOD,#01H nLOOP:MOV TH0,#0FEHn MOV TL0,#0CHn SETB TR0nLOOP1:JNB TF0,LOOP1n CLRTR0n CPLP1.0n SJMP LOOP【例6.2】设MCS-51单片机系统时钟频率 CLK为6MHZ，请编出利用定时/计数器 T0在P1.0引脚上产生周期为2秒，占空比 为50%的方波信号的程序 （1）主程序 任务：1）T0工作方式的设定： 选择方式1（16 位方式） （最大定时131ms）2）定时常数的设定： TC=216-100ms/2s =15536=3CB0H 每隔100ms中断一次,中断10次为1s即：TH0应装3CH，TL0应装B0H。 3）中断管理： 允许T0中断，开放总中断即：IE应装10000010B。4）启动定时器T0： SETBTR05）设置软件计数器初值：（如使用R7） 即R7应装0AH6）动态停机：SJMP$主程序如下： MAIN：MOVTMOD，#01H；设定T0为 方式1 MOV TH0，#3CH；装入定时常数高 8位 MOV TL0，#0B0H；装入定时常数低 8位 MOV IE，#82H；开放T0中断 SETBTR0；启动T0 MOV R7，#0AH ；设置软件计数器 SJMP$（2）中断服务程序 任务：1）恢复T0常数； 2）软件计数器减1； 3 ）判断软件计数器是否为0。为0时，改变P1.0状 态，并恢复软件计数器初值；不为0时中断返回。 程序如下： TOINT：MOV TL0，#0B0H；恢复定时常数 MOV TH0，#3CH； DJNZR7，NEXT CPL P1.0 MOV R7，#0AH NEXT：RETI完整程序如下：ORG 0000H MOVTH0， #3CH AJMP MAINMOV TL0， #0B0H ORG 000BH MOV IE，#82H AJMP TOINT SETB TR0 ORG 0030H MO